Ono što se događa ispod zemlje u polju kukuruza je lako previdjeti, ali arhitektura korijena kukuruza može igrati važnu ulogu u sticanju vode i hranjivih tvari, utičući na toleranciju na sušu, efikasnost korištenja vode i održivost. Ako bi uzgajivači mogli potaknuti korijenje kukuruza da raste pod strmijim uglom, usjev bi potencijalno mogao pristupiti važnim resursima dublje u tlu.
Prvi korak ka tom cilju je učenje gena uključenih u gravitropizam, rast korijena kao odgovor na gravitaciju. U novoj studiji objavljenoj u Zbornik radova Nacionalne akademije nauka, naučnici Univerziteta Wisconsin, u saradnji sa istraživačima sa Univerziteta Ilinois. identificirati četiri takva gena u kukuruzu i modelnoj biljci Arabidopsis.
Kada se klijalo sjeme okrene na stranu, neki korijeni se naglo, strmo okreću prema gravitaciji, dok se drugi okreću djelić sporije. Istraživači su koristili metode mašinskog vida kako bi uočili suptilne razlike u gravitropizmu korijena u hiljadama sadnica i kombinirali te podatke s genetskim informacijama za svaku sadnicu. Rezultat je mapirao vjerovatne pozicije gena gravitropizma u genomu.
Mapa je dovela istraživače do pravog susjedstva u genomu - područja od nekoliko stotina gena - ali su još uvijek bili daleko od identifikacije specifičnih gena za gravitropizam. Srećom, imali su alat koji bi mogao pomoći.
“Budući da smo prethodno izveli isti eksperiment sa udaljenom biljkom Arabidopsis, uspjeli smo upariti gene unutar relevantnih regija genoma u obje vrste. Naredni testovi potvrdili su identitet četiri gena koji modificiraju gravitropizam korijena. Nove informacije bi nam mogle pomoći da shvatimo kako gravitacija oblikuje arhitekturu korijenskog sistema,” kaže Edgar Spalding, profesor na Odsjeku za botaniku na Univerzitetu Wisconsin i glavni autor studije.
Matt Hudson, profesor na Odsjeku za nauke o usjevima na Univerzitetu u Illinoisu i koautor studije, dodaje: „Razmatrali smo nedovoljno istraženu osobinu kukuruza koja je važna iz više razloga, posebno u kontekstu klimatskih promjena . I to smo učinili tako što smo učinili da evolucijske razlike između biljaka rade u našu korist.”
Kukuruz i Arabidopsis, mali srodnik gorušice koje su iscrpno opisali biljni biolozi, evoluirali su u razmaku od oko 150 miliona godina u evolucijskoj istoriji. Hudson objašnjava da, iako obje vrste dijele osnovne biljne funkcije, geni koji ih kontroliraju vjerovatno su vremenom izmješani u genomu. Ispostavilo se da je to dobra stvar za sužavanje uobičajenih gena.
U blisko srodnim vrstama, geni imaju tendenciju da se poredaju u približno istom redu u genomu (npr. ABCDEF). Iako isti geni mogu postojati u udaljenim vrstama, redoslijed gena u regiji na koju se osobina mapira ne poklapa se (npr. UGRBZ). Nakon što su istraživači identificirali gdje tražiti u svakom genomu, inače neusklađene sekvence gena su učinile da zajednički geni (u ovom slučaju B) iskaču.
“Mislio sam da je super što možemo identificirati gene koje inače ne bismo pronašli samo upoređujući genomske intervale u nepovezanim biljnim vrstama,” kaže Hudson. “Bili smo prilično uvjereni da su to pravi geni kada su izašli odmah iz ove analize, ali Spaldingova grupa je tada provela još sedam ili osam godina prikupljajući čvrste biološke podatke kako bi potvrdila da oni zaista igraju ulogu u gravitropizmu. Nakon što smo to uradili, mislim da smo potvrdili cijeli pristup tako da u budućnosti možete koristiti ovu metodu za mnoge različite fenotipove.”
Spalding napominje da je metoda vjerovatno bila posebno uspješna jer su precizna mjerenja vršena u uobičajenom okruženju.
„Istraživači kukuruza će često mjeriti svoje interesne osobine na polju, dok istraživači Arabidopsisa teže da uzgajaju svoje biljke u komorama za rast“, kaže on. „Izmjerili smo fenotip korijenskog gravitropizma na visoko kontroliran način. Ove sjemenke su uzgajane na petrijevoj ploči, a analiza je trajala samo nekoliko sati, za razliku od osobina koje možete izmjeriti u stvarnom svijetu, a koje su otvorene za sve vrste varijabilnosti.”
Čak i kada se osobine mogu mjeriti u zajedničkom okruženju, nisu sve osobine dobri kandidati za ovu metodu. Istraživači naglašavaju da bi dotične osobine trebale biti fundamentalne za osnovnu funkciju biljaka, osiguravajući da isti drevni geni postoje u nepovezanim vrstama.
„Gravitropizam bi mogao biti posebno pogodan za proučavanje kroz ovaj pristup jer bi bio ključ za originalnu specijalizaciju izdanaka i korijena nakon uspješne kolonizacije zemlje“, kaže Spalding.
Hudson napominje da će gravitropizam također biti ključ za kolonizaciju drugačijeg pejzaža.
„NASA je zainteresovana za uzgoj useva na drugim planetama ili u svemiru i moraju da znaju za šta biste morali da se uzgajate da biste to uradili“, kaže on. “Biljke su prilično raskombobulirane bez gravitacije.”
Članak, “Upotreba ortologije unutar kukuruza i Arabidopsis QTL za identifikaciju gena koji utiču na prirodne varijacije u gravitropizmu,” objavljen je u Zbornik radova Nacionalne akademije nauka [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. Istraživanje je finansirala Nacionalna naučna fondacija.
Odsjek za nauke o usjevima nalazi se na Koledžu za poljoprivredne, potrošačke i nauke o okolišu na Univerzitetu Illinois Urbana-Champaign.
Izvor: https://www.sciencedaily.com